TUGAS AKHIR
KAJIAN SEDIMENTASI SERTA HUBUNGANNYA
TERHADAP PENDANGKALAN
DI MUARA SUNGAI BELAWAN
Diajukan untuk Melengkapi Tugas - Tugas dan Memenuhi Syarat untuk Menempuh Ujian Sarjana Teknik Sipil
DISUSUN OLEH:
080424003
SUBHAN RONGGODIGDO
DEPARTEMAN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM PENDIDIKAN EKSTENSION
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
ABSTRAK
Kondisi alam Pelabuhan Belawan yang terletak diantara dua muara sungai yang terbuka yang secara alami memiliki aspek hidraulik dan lingkungan. Sedimentasi merupakan salah satu permasalahan yang terdapat di Pelabuhan Belawan yang perlu mendapatkan perhatian yang ekstra. Sedimentasi adalah proses pengendapan material yang terangkut oleh aliran dari bagian hulu akibat dari erosi. Sedangkan erosi tanah adalah suatu proses atau peristiwa hilangnya lapisan permukaan tanah atas, baik disebabkan oleh pergerakan air maupun angin. Sungai-sungai membawa sedimen dalam setiap alirannya. Sedimen dapat berada di berbagai lokasi dalam aliran, tergantung pada keseimbangan antara kecepatan ke atas pada partikel dan kecepatan pengendapan partikel. Guna membahas tentang sedimentasi tersebut maka penulis tentang “Kajian Sedimentasi Serta Hubungannya Terhadap Pendangkalan di Muara Sungai Belawan”
Untuk menghitung laju angkutan sedimen banyak metode yang bisa digunakan. Diantaranya yaitu metode Yang’s, Engelund - Hansen dan Shen -Hungs. Dalam penggunaan metode-metode tersebut diperlukan ukuran kedalaman penampang sungai. Dan untuk menghitung kedalaman sungai digunakan metode pendekatan Einstein. Sedangkan untuk menghitung besarnya jumlah erosi yang terjadi di gunakan metode Universal Soil Loss Equation (USLE).
Dari hasil perhitungan yang dilakukan pada tahun 2006 dibandingkan berdasarkan luas areal maka, didapat hasil perhitungan untuk tahun 2006 dengan
metode Yang didapat hasil sedimen 0,43 ton/m2, dengan metode Engelund and
Hansen didapat hasil sedimen 0,31 ton/m2, dengan metode Shen and Hung didapat
hasil sedimen 0,42 ton/m2 dan hasil erosi menggunakan metode USLE yaitu 0,67
ton/m2. Sedangkan hasil pengerukan yang dilakukan oleh PT Pelabuhan Indonesia I
(Persero) adalah sebesar 0,38 ton/m2.
Metode yang tepat dipakai untuk menghitung muatan sedimen yang terjadi di Muara Sungai Belawan adalah metode Shen and Hung karena setelah dianalisa hasilnya mendekati dengan hasil pengerukan yang dilakukan PT Pelabuhan Indonesia I (Persero).
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat
dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Adapun
judul dari tugas akhir ini adalah “Kajian Sedimentasi Serta Hubungannya Terhadap
Pendangkalan di Muara Sungai Belawan”. Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat
untuk menyelesaikan pendidikan Strata I (SI) di Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan tugas akhir ini tidak terlepas dari
bimbingan, dukungan dan bantuan dari semua pihak. Penulis hanya dapat
mengucapkan terima kasih atas segala jerih payah, motivasi dan doa yang diberikan
hingga penulis dapat menyelesaikan studi di Departemen Teknik Sipil Fakultas
Teknik Universitas Sumatera Utara, terutama kepada :
1. Bapak Ir. Terunajaya, M.Sc, selaku Dosen Pembimbing bagi
penulis yang telah berkenan meluangkan waktu, tenaga dan
pikiran untuk membantu, membimbing dan mengarahkan
penulis hingga selesainya tugas akhir ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ing. Johannes Tarigan, selaku Ketua
Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. Zulkarnain A. Muis, M.Eng Sc, selaku koordinator
Program Pendidikan Ektension Teknik Sipil Fakultas Teknik
4. Bapak DR. Ir. Ahmad Perwira Mulia, Msc, BapakIr. Boas
Hutagalung, Msc. Ibu Emma Patricia Bangun, ST. M.Eng.
selaku Dosen Pembanding/Penguji yang telah memberikan
masukan dan kritikan yang membangun dalam
menyelesaikan tugas akhir ini.
5. Ayahanda H. Salim, Ibunda Alia Maslichah, serta abangku M. Dipoalam S.Psi. adik-adikku
Sandyaji Farahidi dan Fahdlila Sasmiarsi, yang selalu mendukung, membimbing, dan
memotivasi penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
6. Pacar saya Yana Septi Wahani yang selalu menemani dan banyak membantu dan mendukung
saya dalam penulisan tugas akhir ini.
7. Bapak/Ibu Staf Pengajar Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
8. Abang/Kakak pegawai Jurusan kak Lince, bang Zul, bang Mail, bang Edi, bang Amin, kak
Dina.
9. Semua sahabat-sahabatku di Ekstension ‘08, khususnya kepada yang telah banyak membantu
dalam pengerjaan tugas akhir ini. Semoga Allah SWT membalas dan melimpahkan rahmat
dan karunia-Nya kepada kita semua, dan atas dukungan yang telah diberikan penulis ucapkan
terima kasih. Akhimya, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Desember 2011 Hormat Saya
DAFTAR ISI
ABSTRAK
KATA PENGANTAR ... i
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... viii
DAFTAR NOTASI ... x
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Permasalahan ... 3
1.3. Tujuan Penelitian ... 3
1.4. Pembatasan Masalah ... 3
1.5. Metodologi ... 4
1.6. Sistematika Penulisan ... 6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Uraian ... 8
2.2. Erosi dan Sedimentasi ... 9
2.2.1.1. Perhitungan Erosi ... 12
2.2.2. Sedimentasi ... 20
2.2.3. Angkutan Sedimen ... 22
2.2.4. Rumus - Rumus Angkutan Sedimen ... 25
A. Persamaan Yang's ... 25
B. Engelund and Hansen ... 26
C. Shen and Hungs ... 26
2.3. Dampak Erosi dan Sedimentasi ... 27
2.3.1. Pengaruh Erosi ... 27
2.3.2. Pengaruh Sedimentasi ... 28
2.4. Morfologi Sungai ... 28
2.5. Geometri dan Geoteknik Sungai ... 29
BAB III METODOLOGI DAN DESKRIPSI LOKASI PENELITIAN 3.1. Metodologi Penelitian ... 32
3.1.1. Metode Pelaksanaan ... 33
3.1.2. Pengambilan Sampel Sedimen di Lapangan ... 34
3.1.3. Perhitungan Kemiringan Dasar Sungai ... 34
3.1.4. Perhitungan Transportasi Sedimen ... 35
A. Metode Yang’s ... 35
B. Metode Engelund and Hansen ... 38
C. Metode Shen and Hungs ... 39
3.1.5. Perhitungan Erosi ... 41
3.2. Lokasi Penelitian ... 42
3.2.1.1. Kondisi Topografi ... 44
3.2.1.2. Kondisi Bethimetri ... 44
3.2.1.3. Kondisi Geoteknik ... 44
3.2.1.4. Temperatur dan kelembapan ... 45
3.2.1.5. Angin ... 46
3.2.1.6. Curah Hujan ... 46
3.2.1.7. Pasang Surut ... 46
3.2.1.8. Gelombang ... 47
3.2.1.9. Sedimen ... 48
BAB IV PERHITUNGAN MUATAN ANGKUTAN SEDIMEN 4. 1. Kemiringan Dasar Sungai ... 51
4. 2. Perhitungan Angkutan Sedimen Dengan Metode Yang’s ... 51
4. 3. Perhitungan Angkutan Sedimen Dengan Metode Engelund and Hansen ... 56
4. 4. Perhitungan Angkutan Sedimen Dengan Metode Shen and Hung ... 59
4. 5. Analisa Data Curah Hujan ... 63
4. 5. 1. Analisa Data Curah Hujan Harian Maksimum ... 64
4. 5. 2. Analisa Data Curah Hujan Bulanan ... 66
4. 5. 3. Analisa Data Jumlah Hari Hujan ... 67
4. 6. Perhitungan Erosivitas Hujan (EI) ... 69
4. 7. Perhitungan Erodibilitas Tanah (K) ... 77
4. 8. Perhitungan Faktor Panjang dan Kemiringan Lereng (LS) ... 78
4. 10. Perhitungan Faktor Konservasi Praktis (P) ... 80
4. 11. Perhitungan Jumlah Erosi Yang Terjadi ... 80
4. 12. Hasil Pengerukan Pelabuhan ... 81
4. 13. Tabulasi Hasil Perhitungan dan Pengerukan Pelabuhan ... 82
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 88
5.2. Saran ... 89
DAFTAR GAMBAR
Gambar Uraian Halaman
1.1. Peta Pelabuhan Belawan 2
1.2. Bagan Penelitian 5
2.1. Nomograf Faktor Panjang-Kemiringan Lereng (LS) 16
2.2. Grafik Hubungan antara ω dan d 24
3.1. Diagram Alur Penelitian 33
3.2. Penampang Sungai 36
3.3. Bagan Langkah Penyelesaian Metode Yang’s 37
3.4. Bagan Langkah Penyelesaian Metode Engelund and Hansen 39
3.5. Bagan Langkah Penyelesaian Metode Shen and Hungs 40
3.6. Bagan Langkah Penyelesaian Metode Erosi 42
3.7. Borlog Tanah di Pelabuhan Belawan 45
3.8. Klasifikasi tanah USDA 49
4.1. Grafik Perbandingan Hasil Perhitungan Sedimentasi 83
DAFTAR TABEL
Tabel Uraian Halaman
2.1. Kode Struktur Tanah (S) Untuk Menghitung Nilai K 14
2.2. Kode Permeabilitas Tanah (P) untuk Menghitung nilai K 14
2.3. Nilai M untuk Beberapa Tekstrur Tanah 15
2.4. Nilai Pengelolaan Tanaman (C) 17
2.5. Nilai Faktor P untuk berbagai Tindakan Konservasi Tanah 20
2.6. Klasifikasi Ukuran Partikel Sedimen 22
3.1. Penggunaan lahan sekitar DAS Belawan 43
3.2. Data Permukaan Air 47
4.1. Tabel Muatan Sedimen Dengan Metode Yang’s 54
4.2. Tabel Muatan Sedimen Dengan Metode Engelund and Hansen 58
4.3. Tabel Muatan Sedimen Dengan Metode Shen and Hung 61
4.4. Curah Hujan Maksimum (mm) 64
4.5. Curah Hujan Maksimum (mm) Stasiun Maritim Belawan 64
4.6. Curah Hujan Maksimum (mm) Stasiun Sampali 65
4.7. Curah Hujan Maksimum (mm) Stasiun Tuntungan 65
4.9. Jumlah Curah Hujan Bulanan (mm) Stasiun Sampali 66
4.10. Jumlah Curah Hujan Bulanan (mm) Stasiun Tuntungan 67
4.11. Jumlah Hari Hujan Bulanan (hari) Stasiun Maritim Belawan 67
4.12 Jumlah Hari Hujan Bulanan (hari) Stasiun Sampali 68
4.13. Jumlah Hari Hujan Bulanan (hari) Stasiun Pengamatan
Tuntungan 68
4.14. Rata-Rata Jumlah Hari Hujan Bulanan 69
4.15. Perhitungan Faktor Erosivitas Hujan Stasiun Maritim Belawan 71
4.16. Perhitungan Faktor Erosivitas Hujan Stasiun Sampali 73
4.17. Perhitungan Faktor Erosivitas Hujan Stasiun Tuntungan 75
4.18. Tataguna Lahan Di DAS Belawan 79
4.19. Hasil Jumlah Erosi Yang Terjadi 81
4.20. Hasil Pengerukan Kolam Pelabuhan Belawan 82
4.21. Perbandingan Hasil Perhitungan Sedimentasi 82
4.22. Muatan Sedimen Per m2 Metode Yang’s 84
4.23. Muatan Sedimen Per m2 Metode Engelund and Hansen 84
4.24. Muatan Sedimen Per m2 Metode Shen and Hung 85
4.25. Muatan Sedimen Per m2 Metode Erosi (USLE) 85
4.26. Hasil Pengerukan Per m2 86
DAFTAR NOTASI
Ea = Jumlah erosi tanah
R = Faktor eosifitas hujan dan aliran permukaan
K = Faktor erodibilitas tanah
LS = Faktor panjang kemiringan lereng
C = Faktor tanaman penutup
P = Faktor tindakan konservasi praktis
EI30 = Indeks erosi hujan tahunan
Pb = Curah hujan bulanan
N = Jumlah hari hujan pertahun
M = Persentase pasir sangat halus dan debu
O = Persentase bahan organic
L = Panjang lereng
S = Kemiringan lereng
ω = Kecepatan jatuh
s
γ = Massa jenis sedimen
γ = Massa jenis air
d = Diameter sedimen
v = Viskositas kinematik
Ct = Konsentrasi sedimen total
d50 = Diameter sedimen 50% dari material dasar
d65 = Diameter sedimen 65% dari material dasar
d35 = Diameter sedimen 35% dari material dasar
V = Kecepatan aliran
Vcr = Kecepatan kritis
U* = Kecepatan geser
W = Lebar sungai
D = Kedalaman sungai
Qs = Muatan sedimen total
0
τ = Tegangan geser
∆H = Beda tinggi
∆X = Jarak memanjang
A = Luas penampang sungai
R = Jari-jari hidrolis
P = Keliling basah
Q = Debit air
Re = Bilangan Reynold
ABSTRAK
Kondisi alam Pelabuhan Belawan yang terletak diantara dua muara sungai yang terbuka yang secara alami memiliki aspek hidraulik dan lingkungan. Sedimentasi merupakan salah satu permasalahan yang terdapat di Pelabuhan Belawan yang perlu mendapatkan perhatian yang ekstra. Sedimentasi adalah proses pengendapan material yang terangkut oleh aliran dari bagian hulu akibat dari erosi. Sedangkan erosi tanah adalah suatu proses atau peristiwa hilangnya lapisan permukaan tanah atas, baik disebabkan oleh pergerakan air maupun angin. Sungai-sungai membawa sedimen dalam setiap alirannya. Sedimen dapat berada di berbagai lokasi dalam aliran, tergantung pada keseimbangan antara kecepatan ke atas pada partikel dan kecepatan pengendapan partikel. Guna membahas tentang sedimentasi tersebut maka penulis tentang “Kajian Sedimentasi Serta Hubungannya Terhadap Pendangkalan di Muara Sungai Belawan”
Untuk menghitung laju angkutan sedimen banyak metode yang bisa digunakan. Diantaranya yaitu metode Yang’s, Engelund - Hansen dan Shen -Hungs. Dalam penggunaan metode-metode tersebut diperlukan ukuran kedalaman penampang sungai. Dan untuk menghitung kedalaman sungai digunakan metode pendekatan Einstein. Sedangkan untuk menghitung besarnya jumlah erosi yang terjadi di gunakan metode Universal Soil Loss Equation (USLE).
Dari hasil perhitungan yang dilakukan pada tahun 2006 dibandingkan berdasarkan luas areal maka, didapat hasil perhitungan untuk tahun 2006 dengan
metode Yang didapat hasil sedimen 0,43 ton/m2, dengan metode Engelund and
Hansen didapat hasil sedimen 0,31 ton/m2, dengan metode Shen and Hung didapat
hasil sedimen 0,42 ton/m2 dan hasil erosi menggunakan metode USLE yaitu 0,67
ton/m2. Sedangkan hasil pengerukan yang dilakukan oleh PT Pelabuhan Indonesia I
(Persero) adalah sebesar 0,38 ton/m2.
Metode yang tepat dipakai untuk menghitung muatan sedimen yang terjadi di Muara Sungai Belawan adalah metode Shen and Hung karena setelah dianalisa hasilnya mendekati dengan hasil pengerukan yang dilakukan PT Pelabuhan Indonesia I (Persero).
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Negara Republik Indonesia yang berbentuk kepulauan dengan daerah yang
sangat luas, dirasakan sangat perlu akan kebutuhan adanya angkutan (transport) yang
efektif dalam arti aman, murah, lancar, cepat, mudah, teratur dan nyaman.
Setiap tahap pembangunan sangat memerlukan suatu sistem angkutan yang
efesien sebagai salah satu prasyarat guna kelangsungan dan terjaminnya pelaksanaan
pembangunan tersebut. Salah satu pendukung sistem angkutan ini adalah subsistem
angkutan laut (sea transport subsystem).
Dalam subsistem angkutan laut ini, diperlukan adanya sarana maupun
prasarana yaitu Pelabuhan. Secara umum Pelabuhan adalah suatu perairan yang
terlindung dari pengaruh gelombang, badai, arus agar kapal-kapal dapat dengan
mudah dan aman untuk berlabuh dan berputar (turning basin), bersandar sehingga
bongkar muat dan pengangkutan penumpang dapat dilaksanakan dengan secara
lancar.
Untuk memperoleh manfaat yang maksimal maka perencanaan,
sosial ekonomi, politik, teknik dan operasional. Ditinjau dari segi teknis, operasional
Pelabuhan mengalami berbagai hambatan fisik antara lain masalah pendangkalan
yang disebabkan oleh sedimentasi yang terjadi pada kolam Pelabuhan dan alur
elayaran. Masalah pendangkalan ini akan semakin besar dan kompleks jika Pelabuhan
tersebut terletak di muara sungai (estuary). Dalam merencanakan pembangunan dan
pengembangan Pelabuhan, masalah sedimentasi atau pendangkalan harus
diminimalisasi terutama pada kolam Pelabuhan dan alur pelayaran guna
mengamankan dan melancarkan arus pelayaran.
Pelabuhan Belawan (Gambar 1.1) secara geografis berada pada dua muara
sungai yaitu Sungai Belawan dan Sungai Deli, maka secara fisik proses sedimentasi
tidak hanya dipengaruhi oleh pasang surut dan arus laut saja tapi dipengaruhi pula
oleh debit air sungai. Sehubungan dengan hal tersebut, untuk mengurangi
pendangkalan yang diakibatkan oleh sedimentasi adalah dengan cara melakukan
pengerukan alur pelayaran dan kolam Pelabuhan. Dengan demikian pembahasan
tentang masalah angkutan sedimen dan pengendaliannya merupakan hal yang perlu
dilakukan sehingga Pelabuhan dapat berfungsi dengan maksimal.
Gambar 1.1: Peta Pelabuhan Belawan
1.2. Permasalahan
Pelabuhan Belawan secara geografis terletak pada muara Sungai Belawan dan
Sungai Deli, untuk itu masalah pendangkalan yang terdapat di Pelabuhan Belawan
semakin besar yang diakibatkan oleh material yang dibawa oleh aliran sungai
tersebut. Salah satu cara yang efektif untuk mengatasi pendangkalan pada kolam
Pelabuhan adalah dengan cara dilakukannya pengerukan kolam Pelabuhan.
Yang merupakan permasalahan pada penulisan tugas akhir ini adalah seberapa
besar angkutan sedimen yang terjadi di muara Sungai Belawan yang dapat
menyebabkan pendangkalan dan bagaimana jenis bahan sedimentasi yang terdapat di
muara Sungai Belawan, sehingga apakah dapat material sedimentasi hasil pengerukan
dimanfaatkan.
1.3. Tujuan Penelitian
Adapun maksud dan tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah untuk
mengetahui jumlah sedimetasi yang terjadi di Pelabuhan Belawan yang terletak di
muara Sungai Belawan dalam rangka mengoptimalkan kapasitas kolam Pelabuhan
guna peningkatan pelayanan dan pengembangan Pelabuhan.
Untuk mencapai tujuan yang lebih jelas dan terarah, maka dibuatlah
pembatasan masalah, yaitu hanya membahas tentang jumlah sedimen yang terjadi di
muara Sungai Belawan dan yang diamati hanyalah Total Load Sediment dengan
mengabaikan pengaruh pasang surut air laut.
1.5. Metodologi
Dalam penelitian ini dibagi dalam beberapa tahapan yaitu : pengambilan data
di lapangan, pengujian sampel dan analisa data hasil penelitian.
1. Pengumpulan data dilapangan
Sampel sedimen yang akan diuji adalah sampel yang diambil oleh PT
Pengerukan Indonesia (Persero) pada saat proses pengerukan kolam
Pelabuhan dan alur pelayaran dilakukan.
Data curah hujan dan data debit Sungai Belawan didapat dari Badan
Meteorologi Klimatologi dan Geofisika (BMKG) stasiun Maritim Belawan.
2. Pengujian sampel
Pengujian sampel dilakukan di laboraturium mekanika tanah Departemen
Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara. Pengujian ini bertujuan untuk
mengetahui massa jenis dari sediman dan untuk mengetahui klasifikasi jenis
tanah berdasarkan ukuran butirannya.
3. Menghitung transport sedimen
Perhitungan transport sedimen ini menggunakan beberapa metode yaitu
metode Yang’s (1973), metode Engelund and Hansen (1967) dan metode
Metode Shen and Hungs (1971).
Membandingkan hasil perhitungan dengan menggunakan metode-metode di
atas dengan hasil pengerukan sedimen yang dilakukan oleh PT Pelabuhan
Indonesia I dengan pelaksana PT. Pengerukan Indonesia.
5. Kesimpulan.
Melakukan pengambilan kesimpulan dari hasil perhitungan yang didapat dari
penelitian ini.
Langkah-langkah penelitian ini dapat ditampilkan dengan bagan yang ada pada
Gambar 1.2.
MULAI
PENGUMPULAN DATA
KAJIAN PUSTAKA
ANALISA DATA
MENGHITUNG TRANSPORT
SEDIMEN
KESIMPULAN PENGUJIAN
Gambar 1.2: Bagan Penelitian
1.6. Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran garis besar penulisan Tugas Akhir ini, maka isi
tugas akhir ini dapat diuraikan sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini terdiri dari Latar Belakang, Permasalahan, Maksud dan Tujuan,
Pembatasan Masalah, Metodologi dan Sistematika Penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini mencakup segala hal yang dapat dijadikan sebagai dasar bagi
pengambilan tema penelitian, penentuan langkah pelaksanaan dan metode
penganalisaan yang diambil dari beberapa pustaka yang ada yang
memiliki tema sesuai dengan tema penelitian ini.
BAB III : METODOLOGI DAN DESKRIPSI LOKASI PENELITIAN
Bab ini menyajikan metode yang dilakukan dalam penelitian dan juga
gambaran mengenai kondisi lokasi lapangan, yang terdiri atas kondisi
topografi dan batimetri, kondisi geoteknik, kondisi klimatologi, dan
kondisi hidrooseanografi, yang didapat dari lokasi penelitian dan dari
BAB IV : ANALISIS DATA
Bab ini menguraikan analisa dan perhitungan yang didapat dari beberapa
literatur dan dari lokasi penelitian yaitu perhitungan kemiringan dasar
sungai, perhitungan kedalaman, perhitungan angkutan sedimen dan
perhitungan hasil uji sampel di laboraturium.
BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini disampaikan evaluasi hasil dari penelitian yang dilakukan pada
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Uraian
Sejak peradaban manusia, proses sedimentasi mempengaruhi persediaan air,
irigasi, pertanian, pengendalian banjir, perpindahan sungai, proyek hidroelektrik,
navigasi, perikanan dan habitat air (Gracia, 1999 dalam Iskandar, 2008). Beberapa
tahun belakangan dikemukakan bahwa sedimentasi memiliki peran yang penting
dalam transportasi yang dapat mempengaruhi pertumbuhan ekonomi, untuk itu
diperlukannya pengendalian sedimentasi.
Sumber utama dari material yang menjadi endapan fluvial adalah pecahan dari
batuan kerak bumi. Peristiwa ini disebut dengan disintegrasi yang prosesnya dapat
secara fisik atau kimia. Sebagai akibat proses tersebut adalah terbentuknya butiran
tanah dengan berbagai macam sifat yang berbeda, tergantung dari keadaan iklim,
topografi, jenis batuan, waktu dan organisme. Apabila partikel tanah tersebut terkikis
bergerak atau berpindah menurut arah aliran yang membawanya menjadi angkutan
sedimen.
Pengetahuan mengenai angkutan sedimen yang terbawa oleh aliran sungai
dalam kaitannya dengan besar aliran sungai akan mempunyai arti penting bagi
kegiatan pengembangan dan menejemen sumber daya air, konservasi tanah dan
perencanaan bangunan pengamanan sungai. Pengetahuan mengenai sedimen akan
memungkinkan untuk dilakukannya pengukuran sedimen yang melayang terbawa
aliran ataupun sedimen yang bergerak di dasar sungai. Proses sedimentasi meliputi
proses erosi, angkutan (transportation), pengendapan (deposition) dan pemadatan
(compaction) dari sedimentasi itu sendiri. Proses tersebut berjalan sangat komplek,
dimulai dari jatuhnya hujan yang menghasilkan energi kinetik yang merupakan
permulaan dari proses erosi. Begitu tanah menjadi partikel halus, lalu menggelinding
bersama aliran, sebagian akan tertinggal di atas tanah sedangkan bagian lainnya
masuk ke sungai terbawa aliran menjadi angkutan sedimen. Bentuk, ukuran dan
beratnya partikel tanah tersebut akan menentukan jumlah besarnya angkutan sedimen.
Dasar sungai biasanya tersusun oleh endapan dari material angkutan sedimen
yang terbawa oleh aliran sungai, material tersebut dapat terangkut kembali apabila
terjadi kenaikan kecepatan aliran cukup tinggi. Besarnya volume angkutan sedimen
tergantung dari pada perubahan kecepatan aliran dan adanya kegiatan di palung
sungai. Sebagai akibat dari perubahan volume angkutan sedimen adalah terjadinya
penggerusan di beberapa tempat serta terjadinya pengendapan di tempat lain pada
dasar sungai sehingga dengan demikian bentuk dari dasar sungai akan selalu berubah.
Erosi dan Sedimentasi merupakan proses terlepasnya butiran tanah dari
induknya di suatu tempat dan terangkutnya material tersebut oleh gerakan air atau
angin kemudian diikuti dengan pengendapan material yang terdapat di tempat lain
(Suripin, 2002). Terjadinya erosi dan sedimentasi menurut Suripin (2002) tergantung
dari beberapa faktor yaitu karakteristik hujan, kemiringan lereng, tanaman penutup
dan kemampuan tanah untuk menyerap dan melepas air ke dalam lapisan tanah
dangkal, dampak dari erosi tanah dapat menyebabkan sedimentasi di sungai sehingga
dapat mengurangi daya tampung sungai. Sejumlah bahan erosi yang dapat mengalami
secara penuh dari sumbernya hingga mencapai titik kontrol dinamakan hasil sedimen
(sediment yield). Hasil sedimen tersebut dinyatakan dalam satuan berat (ton) atau
satuan volume (m3) dan juga merupakan fungsi luas daerah pengaliran. Dapat juga
dikatakan hasil sedimen adalah besarnya sedimen yang berasal dari erosi yang terjadi
di daerah tangkapan air yang diukur pada periode waktu dan tempat tertentu (Asdak
C., 2007).
Dari proses sedimentasi, hanya sebagian aliran sedimen di sungai yang
diangkut keluar dari DAS, sedangkan yang lain mengendap di lokasi tertentu dari
sungai (Gottschalk, 1948, dalam Chow, 1964 dalam Suhartanto, 2001). Bahan
sedimen hasil erosi seringkali bergerak menempuh jarak yang pendek sebelum
akhirnya diendapkan. Sedimen ini masih tetap berada dilahan atau diendapkan di
tempat lain yang lebih datar atau sebagian masuk ke sungai.
2.2.1. Erosi
Erosi tanah adalah suatu proses atau peristiwa hilangnya lapisan permukaan
yang disebabkan oleh air meliputi tiga tahap yang terjadi dalam keadaan normal di
lapangan, yaitu tahap pertama pemecahan bongkah-bongkah atau agregat tanah ke
dalam bentuk butir-butir kecil atau partikel tanah, tahap kedua pemindahan atau
pengangkutan butir-butir yang kecil sampai sangat halus tersebut, dan tahap ketiga
pengendapan partikel-partikel tersebut di tempat yang lebih rendah atau di dasar
sungai.
Hujan merupakan salah satu faktor utama penyebab terjadinya erosi tanah.
Tetesan air hujan merupakan media utama pelepasan partikel tanah. Pada saat butiran
air hujan mengenai permukaan tanah yang gundul, partikel tanah dapat terlepas dan
terlempar sampai beberapa sentimeter ke udara. Pada lahan datar partikel-partikel
tanah tersebar lebih kurang merata ke segala arah, tapi untuk lahan miring terjadi
dominasi ke arah bawah searah lereng. Partikel-partikel tanah yang terlepas ini akan
menyumbat pori-pori tanah sehingga akan menurunkan kapasitas dan laju infiltrasi.
Pada kondisi dimana intensitas hujan melebihi laju infiltrasi, maka akan terjadi
genangan air di permukaan tanah, yang kemudian akan menjadi aliran permukaan.
Aliran permukaan ini menyediakan energi untuk mengangkut partikel-partikel yang
terlepas baik oleh tetesan air hujan maupun oleh adanya aliran permukaan itu sendiri.
Pada saat aliran permukaan menurun dan tidak mampu lagi mengangkut partikel
tanah yang terlepas, maka partikel tanah tersebut akan diendapkan.
Proses pengangkutan partikel-partikel tanah ini akan terhenti baik untuk
sementara atau tetap sebagai pengendapan atau sedimentasi. Proses pengendapan
sementara terjadi pada lereng yang bergelombang, yaitu bagian lereng yang cekung
akan menampung endapan partikel yang hanyut untuk sementara dan pada hujan
Sedangkan pengendapan akhir atau sedimentasi terjadi pada sungai. Pada daerah
aliran sungai partikel dan unsur hara yang larut dalam aliran permukaan akan
mengalir ke sungai sehingga terjadi pendangkalan pada tempat tersebut. Keadaan ini
akan mengakibatkan daya tampung sungai menjadi turun sehingga timbul bahaya
banjir.
2.2.1.1. Perhitungan Erosi
Pada tugas akhir ini, untuk menghitung banyaknya erosi tanah yang terjadi
digunakan metode Universal Soil Loss Equation (USLE). USLE memungkinkan
untuk memprediksi laju erosi rata-rata lahan tertentu pada suatu kemiringan dengan
pola hujan tertentu untuk setiap macam jenis tanah dan penerapan pengelolaan lahan.
Adapun persamaan USLE adalah sebagai berikut :
P C LS K R
Ea = × × × × (2.1)
di mana, Ea = banyaknya tanah tererosi per satuan luas per satuan waktu, yang
dinyatakan sesuai dengan K dan periode R yang dipilih, dalam praktek dipakai satuan
ton/ha/tahun, R = faktor erovisitas hujan dan aliran permukaan, yaitu jumlah satuan
indeks erosi hujan, yang merupakan perkalian antara energi hujan (E) dan intensitas
hujan maksimum 30 menit (I30)tahunan dalam KJ/ha, K = faktor erodibilitas tanah,
yaitu laju erosi per indeks erosi hujan (R) untuk suatu tanah yang diperoleh dari petak
percobaan yang panjangnya 22,13 m dengan kemiringan seragam sebesar 9% tanpa
besarnya erosi per indeks erosi dari suatu lahan dengan panjang dan kemiringan lahan
tertentu terhadap besarnya erosi dari plot lahan dengan panjang 22,13 m dan
kemiringan 9%, dibawah keadaan yang identik, tidak berdimensi, C = faktor tanaman
penutup lahan dan manajemen tanaman, yaitu nisbah antara besarnya erosi dari suatu
lahan dengan penutup tanaman dan manajemen tanaman tertentu terhadap lahan yang
identik tanpa tanaman, tidak berdimensi, dan P = faktor tindakan konservasi praktis,
yaitu nisbah antara besarnya dari lahan dengan tindakan konservasi praktis dengan
besarnya erosi dari tanah yang diolah searah lereng dalam keadaan yang identik, tidak
berdimensi.
1. Faktor Erosivitas Hujan (R)
Penyebab utama erosi tanah adalah pengaruh pukulan air hujan pada tanah.
Hujan menyebabkan erosi tanah yaitu pelepasan butiran tanah oleh pukulan air hujan
pada permukaan tanah dan kontribusi hujan terhadap aliran.
Faktor erosivitas hujan (R) didefinisikan sebagai jumlah satuan indeks erosi
hujan dalam setahun. Nilai R yang merupakan daya rusak hujan, dapat ditentukan
dengan persamaan yang dikutip dari buku Pelestarian Sumber Daya Tanah Dan Air
sebagai berikut:
∑
=
= 12 1
30
i
EI
R (2.2)
di mana, R = faktor erosivitas hujan (KJ/ha/tahun), dan EI30 = indeks erosi hujan
tahunan (KJ/ha) Untuk menentukan nilai EI30 digunakan data hujan yang tersedia.
Berdasarkan buku Pelestarian Sumber Daya Tanah Dan Air persamaan untuk
menentukan nilai EI30 sebagai berikut :
526 , 0 max 474 , 0 211 , 1
30 6,119P N P
EI = b × ×
−
di mana, EI30 = indeks erosi hujan bulanan (KJ/ha), Pb = curah hujan bulanan (cm),
N = jumlah hari hujan per bulan (hari), dan Pm ax = hujan maksimum harian (24
jam) dalam bulan yang bersangkutan. EI30 tahunan adalah jumlah EI30 bulanan.
2. Faktor Erodibilitas Tanah (K)
Erodibilitas tanah, atau faktor kepekaan erosi tanah, yang merupakan daya
tahan tanah baik terhadap penglepasan dan pengangkutan, terutama tergantung pada
sifat-sifat tanah, seperti tekstur, stabilitas agregat, kekuatan geser, kapasitas infiltrasi,
kandungan bahan organik dan kimiawi. Di samping itu, juga tergantung pada posisi
topografi, kemiringan lereng, dan gangguan oleh manusia. Nilai K diestimasikan
dengan menggunakan persamaan :
=
K
(
)
− − + − + −
100 ) 3 ( 5 , 2 ) 2 ( 25 , 3 12
10 713 ,
2 x 4 O M1,14 S P (2.4)
di mana, M = persentase pasir sangat halus dan debu, nilai M dapat dilihat dari Tabel
2.3, O = persentase bahan organik, S = kode tekstur tanah yang dipergunakan
dalam klasifikasi tanah, nilai S dapat dilihat dari Tabel 2.1, dan P = kelas
permeabilitas tanah, nilai P dapat dilihat dari Tabel 2.2. berikut:
Tabel 2.1: Kode Struktur Tanah (S) Untuk Menghitung Nilai K Kelas Struktur Tanah (Ukuran Diameter) Kode
Granuler sangat halus (<1mm) 1
Granuler halus (1 sampai 2 mm) 2
Granuler sedang sampai kasar (2 sampai 10 mm) 3
Berbentuk blok, blocky, plat, massif. 4
Tabel 2.2: Kode Permeabilitas Tanah (P) untuk Menghitung nilai K Kelas Permeabilitas Kecepatan (cm/jam) Kode
Sangat lambat < 0,5 1
Lambat 0,5 – 2,0 2
Lambat sampai sedang 2,0 – 6,3 3
Sedang 6,3 – 12,7 4
Sedang sampai cepat 12,7 – 25,4 5
Cepat > 25,4 6
Sumber : Wischmeier dan Smith (1978 dalam Sari, 2008)
Tabel 2.3: Nilai M untuk Beberapa Tekstrur Tanah Kelas Tekstur Tanah Nilai M
Lempung Berat 210
Lempung Sedang 750
Lempung Pasiran 1213
Lempung Ringan 1685
Geluh Lempung 2160
Pasir Lempung Liatan 2830
Geluh Lempungan 2830
Pasir 3035
Pasir Geluhan 1245
Geluh Berlempung 3770
Geluh Pasiran 4005
Geluh Liatan 6330
Liat 8245
Campuran merata 4000
Sumber: Suripin (2001)
3. Faktor Panjang dan Kemiringan Lereng (LS)
Faktor LS, kombinasi antara faktor panjang lereng (L) dan kemiringan lereng
(S) merupakan nisbah besarnya erosi dari suatu lereng dengan panjang dan
kemiringan tertentu terhadap besarnya erosi dari plot lahan. Nilai LS untuk sembarang
panjang dan kemiringan lereng dapat dihitung dengan persamaan yang dikutip dari
buku Pelestarian Sumber Daya Tanah Dan Air sebagai berikut:
(2.5)
di mana, L = panjang lereng (m), S = kemiringan lereng (%), dan z = konstanta yang
besarnya bervariasi tergantung besarnya S.
z = 0,5 jika S >5%
z = 0,4 jika 5% > S > 3%
z = 0,3 jika 3% > S > 1%
z = 0,2 jika S < 1%
Nilai LS juga dapat diperoleh dengan menggunakan nomograf seperti yang
diperlihatkan dalam Gambar 2.1. berikut:
(
0,006541 0,0456 0,065)
222+ +
= L S S
LS
Gambar 2.1. Nomograf Faktor Panjang-Kemiringan Lereng (LS)
4. Faktor Tanaman Penutup dan Manajemen Tanaman (C)
Faktor ini menggambarkan nisbah antara besarnya erosi dari lahan yang
bertanaman tertentu dan dengan manajemen (pengelolaan) tertentu terhadap besarnya
erosi tanah yang tidak ditanami dan diolah bersih. Faktor ini mengukur kombinasi
pengaruh tanaman dan pengelolaannya. Nilai C merupakan faktor yang sangat rumit
dan dipengaruhi oleh banyak variabel. Variabel yang berpengaruh dapat
dikelompokkan menjadi dua grup yaitu variabel alami dan variabel yang dipengaruhi
oleh sistem pengelolaan.
Nilai faktor C untuk berbagai tanaman dan pengelolaan tanaman yang
bersumber dari berbagai penelitian disajikan pada Tabel 2.4. berikut:
Tabel 2.4: Nilai Pengelolaan Tanaman (C)
No. Macam Penggunaan Lahan Nilai Faktor C
1 Tanah terbuka, tanpa tanaman 1,0
2 Hutan atau semak belukar 0,001
4 Savannah dan prairie yang rusak untuk gembalaan 0,1
5 Sawah 0,01
6 Tegalan tidak dispesifikasi 0,7
7 Ubi kayu 0,8
8 Jagung 0,7
9 Kedelai 0,399
10 Kentang 0,4
11 Kacang tanah 0,2
Lanjutan Tabel 2.4.
No. Macam Penggunaan Lahan Nilai Faktor C
12 Padi gogo 0,561
13 Tebu 0,2
14 Pisang 0,6
15 Akar wangi (sereh wangi) 0,4
16 Rumput bede (tahun pertama) 0,287
17 Rumput bede (tahun kedua) 0,002
18 Kopi dengan penutup tanah buruk 0,2
19 Talas 0,85
20 Kebun campuran (Kerapatan tinggi) 0,1
Kebun campuran (Kerapatan sedang) 0,2
Kebun campuran (Kerapatan rendah) 0,5
21 Perladangan 0,4
Hutan alam (Serasah sedikit) 0,005
23 Hutan produksi (Tebang tipis) 0,5
Hutan produksi (Tebang pilih) 0,2
24 Semak belukar, padang rumput 0,3
25 Ubi kayu + kedelai 0,181
26 Ubi kayu + kacang tanah 0,195
27 Padi – sorghum 0,345
28 Padi – kedelai 0,417
Lanjutan Tabel 2.4.
No. Macam Penggunaan Lahan Nilai Faktor C
29 Kacang tanah + gude 0,495
30 Kacang tanah + kacang tunggak 0,571
31 Kacang tanah + mulsa jerami 4t/ha 0,049
32 Padi + mulsa jerami 4t/ha 0,096
33 Kacang tanah + mulsa jagung 4t/ha 0,128
34 Kacang tanah + mulsa crotalaria 3t/ha 0,136
35 Kacang tanah + mulsa kacang tunggak 0,259
36 Kacang tanah + mulsa jerami 0,377
37 Padi + mulsa clotalaria 3t/ha 0,387
38 Pola tanaman tumpang gilir + mulsa jerami 0,079
39 Pola tanaman berurutan + mulsa sisa tanaman 0,357
40 Alang – alang murni subur 0,001
42 Rumput brachiaria 0,002
Sumber: Suripin (2002)
5. Faktor Konservasi Praktis (P)
Nilai faktor tindakan manusia dalam konservasi tanah (P) adalah nisbah antara
besarnya erosi dari lahan dengan suatu tindakan konservasi tertentu terhadap besarnya
erosi pada lahan tanpa tindakan konservasi. Nilai dasar P adalah suatu yang diberikan
untuk lahan tanpa tindakan konservasi. Beberapa nilai faktor P untuk berbagai
[image:34.595.94.502.404.747.2]tindakan konservasi diberikan dalam Tabel 2.5. berikut:
Tabel 2.5: Nilai Faktor P untuk berbagai Tindakan Konservasi Tanah No. Tanpa Tindakan Pengendalian Erosi Nilai P
1 Tanpa tindakan pengendalian erosi 1,00
2 Terras bangku Konstuksi baik
Konstruksi sedang
Konstruksi kurang baik
Terras tradisional
0,04
0,15
0,35
0,45
3 Strip tanaman Rumput bahia
Crotalaria
Dengan kontur
0,40
0,64
0,20
4 Pengelolaan tanah dan Kemiringan0-8%
Penanaman menurut garis kontur Kemiringan 8-20%
Kemiringan >20%
0,50
0,75
0,90
2.2.2. Sedimentasi
Sedimentasi adalah proses pengendapan material yang terangkut oleh aliran
dari bagian hulu akibat dari erosi. Sungai-sungai membawa sedimen dalam setiap
alirannya. Sedimen dapat berada di berbagai lokasi dalam aliran, tergantung pada
keseimbangan antara kecepatan ke alas pada partikel (gaya tarik dan gaya angkat) dan
kecepatan pengendapan partikel
Ada 3 (tiga) macam pergerakan angkutan sedimen yaitu:
1. Bed Load Transport
Partikel kasar yang bergerak di sepanjang dasar sungai secara
keseluruhan disebut dengan bed load. Adanya bed load ditunjukkan oleh
gerakan partikel di dasar sungai yang ukurannya besar, gerakan itu dapat
bergeser, menggelinding atau meloncat-loncat, akan tetapi tidak pernah lepas
dari dasar sungai. Pada kondisi ini pengangkutan material terjadi pada aliran
yang mempunyai kecepatan aliran yang relatif lambat, sehingga material yang
terbawa arus sifatnya hanya menggelinding sepanjang saluran.
2. Wash Load Transport
Wash load adalah angkutan partikel halus yang dapat berupa lempung
(silk) dan debu (dust), yang terbawa oleh aliran sungai. Partikel ini akan
terbawa aliran sampai ke laut, atau dapat juga mengendap pada aliran yang
tenang atau pada air yang tergenang. Sumber utama dari wash load adalah
Pada kondisi ini pengangkutan material terjadi pada aliran yang mempunyai
kecepatan aliran yang relatif cepat, sehingga material yang terbawa arus
membuat loncatan-loncatan akibat dari gaya dorong pada material tersebut.
3. Suspended Load Transport
Suspended load adalah material dasar sungai (bed material) yang
melayang di dalam aliran dan terutama terdiri dari butir pasir halus yang
senantiasa mengambang di atas dasar sungai, karena selalu didorong ke atas
oleh turbulensi aliran. Jika kecepatan aliran semakin cepat, gerakan loncatan
material akan semakin sering terjadi sehingga apabila butiran tersebut tergerus
oleh aliran utama atau aliran turbulen ke arah permukaan, maka material
tersebut tetap bergerak (melayang) di dalam aliran dalam selang waktu
tertentu.
2.2.3. Angkutan Sedimen
Pengertian umum angkutan sedimen adalah sebagai pergerakan
butiran-butiran material dasar saluran yang merupakan hasil erosi yang disebabkan oleh gaya
dan kecepatan aliran sungai. Di dalam perhitungan sifat-sifat sedimen yang dipakai
adalah: ukuran, kerapatan atau kepadatan, kecepatan jatuh dan porositas. Laju
angkutan sedimen, perubahan dasar dan tebing saluran, perubahan morfologi sungai
dapat diterangkan jika sifat sedimennya diketahui.
Beberapa faktor yang mempengaruhi angkutan sedimen adalah:
1. Ukuran Partikel Sedimen
Pengukuran ukuran butiran tergantung pada jenis bongkahan, untuk berangkal
analisa saringan sedangkan untuk lanau dan lempung dilakukan dengan analisa
sedimen. Klasifikasi jenis tanah berdasarkan ukuran butir dapat dilihat pada Tabel
[image:37.595.92.535.367.607.2]2.6. berikut:
Tabel 2.6: Klasifikasi Ukuran Partikel Sedimen
No ORGANISASI
UKURAN BUTIR (mm) Kerikil (Gravel) Pasir (Sand) Lanau (Silt) Lempung (Clay)
1 MIT, Massachusetts
Institute of Technology
> 2 0,06 -2 0,002 -0,06 < 0,002
Lanjutan Tabel 2.6.
No ORGANISASI
UKURAN BUTIR (mm)
Kerikil (Gravel) Pasir (Sand) Lanau (Silt) Lempung (Clay) 2
USDA, United
States Department of Agriculture
> 2 0,05 -2 0,002 -0,05 < 0,002
3
AASHTO, American Association of State Highway and Transportation Officials
2 -76,2 0,075 -2 0,002 -0,075 < 0,002
4
USCS, Unified Soils Classification
System
4,75 -76,2 0,075
-4,75 Fines (< 0,075)
2. Berat Spesifik Partikel Sedimen
Berat spesifik adalah berat sedimen per satuan volume dari bahan angkutan
sedimen. Dirumuskan sebagai berikut:
sedimen Volume sedimen Berat = γ (2.6)
3. Kecepatan Jatuh (Fall Velocity)
Karakteristik dari sedimen adalah kecepatan jatuhnya atau fall velocity (ω),
yang mana adalah kecepatan maksimum yang dicapai oleh suatu partikel akibat gaya
gravitasi. Ukuran pasir yang tersuspensi dalam suatu sungai akan tergantung kepada
nilai fall velocity-nya. Untuk suatu ukuran butiran sedimen yang besar, akan jatuh
dengan cepat dan akan lebih sedikit mendapat tahanan dari air dibandingkan dengan
butiran sedimen yang lebih halus.
Persamaan umum untuk mencari nilai fall velocity:
v d g
s
2
18 1
γ γ γ
ω= − (2.7)
di mana, ω = kecepatan jatuh (m/det), γs = massa jenis sedimen (kg/m3), γ = massa
jenis air (kg/m3), g = gravitasi (m/det2), d = diameter sedimen (mm), dan v =
viskositas kinematik (m2/det). Nilai fall velocity (ω) dapat diketahui apabila
diketahui diameter sedimen (d),temperatur air (°C) dan shape factor dari sedimen.
Untuk menentukan fall velocity dapat diperoleh dengan melihat grafik 1.3 buku
Sumber: Chi Ted Yang (2003)
Gambar 2.2: Grafik Hubungan antara ω dan d 2.2.4. Rumus - Rumus Angkutan Sedimen
Rumus-rumus yang dipakai dalam perhitungan angkutan sedimen adalah
persamaan-persamaan Yang’s, Engelund and Hansen, dan Shen and Hung.
A. Persamaan Yang's
Yang’s (1973) mengusulkan formula transportasi sedimen berdasarkan konsep
unit aliran listrik, yang dapat dimanfaatkan untuk prediksi materi keseluruhan tempat
tidur konsentrasi diangkut dalam flumes tempat tidur pasir dan sungai.
Persamaan Yang’s dapat ditulis sebagai berikut:
− − − + − − = ∗ ∗ ω ω ω ω ω ω S V VS U v d U v d C cr t log log 314 . 0 log 409 . 0 799 . 1 log 457 . 0 log 286 . 0 435 . 5 log 50 50 (2.8) V D W Gw ∗ ∗ ∗
Gw Ct Qs
∗
= (2.10)
di mana, Ct = konsentrasi sedimen total, d50 = diameter sedimen 50% dari material
dasar (mm), ω = kecepatan jatuh (m/s), v = viskoditas kinematik (m2/s), V = kece-
patan aliran (m/s), Vcr = kecepatan kritis (m/s), S = kemiringan sungai, U* = kecepatan
geser (m/s), W = lebar dasar sungai (m), D = kedalaman sungai (m), dan Qs = muatan
sedimen (kg/s).
B. Engelund and Hansen
Engelund and Hansen (1967) persamaan Engelund-Hansen didasarkan pada
pendekatan tegangan geser. Persamaan Engelund and Hansen dapat ditulis sebagai
berikut:
(
)
2 3 50 0 2 1 50 2 1 05 , 0 − − = d g d V q s s ss γ γ
τ
γ γ
γ (2.11)
s
s W q
Q = × (2.12)
di mana, τ0 =γ×D×S, τ0 = tegangan geser (kg/m2), dan Qs = muatan sedimen
(kg/s).
C. Shen and Hungs
Shen dan Hung (1971) diasumsikan bahwa transportasi sedimen adalah begitu
kombinasi ini dapat ditemukan untuk menjelaskan transportasi sedimen dengan
semua kondisi. Shen & Hung mencoba untuk menemukan variabel yang dominan
yang mendominasi laju transportasi sedimen, mereka merekomendasikan kemunduran
persamaan berdasarkan 587 set data laboratorium. Persamaan Shen dan Hung dapat
ditulis sebagai berikut:
(2.13)
Gw =γ∗W∗D∗V (2.14)
Qs =Ct∗Gw (2.15)
dengan 0075 , 0 32 , 0 57 , 0 = ω VS
Y (2.16)
di mana, Ct = kosentrasi sedimen total, V = kecepatan aliran (m/s), ω= kecepatan
jatuh (m/s), S = kemiringan sungai, W = lebar sungai (m), D = kedalaman sungai (m),
dan Qs = muatan sedimen (kg/s).
2.3. Dampak Erosi dan Sedimentasi 2.3.1. Pengaruh Erosi
Seperti yang telah diuraikan, erosi dan sedimentasi yang diakibatkan oleh
pergerakan air (daerah dengan curah hujan tinggi) meliputi beberapa proses.
Terutama meliputi proses pelepasan, penghanyutan/pengangkutan dan pengendapan
daripada partikel-partikel tanah yang terjadi akibat tumbukan percikan air hujan dan
aliran permukaan.
Air hanya akan mengalir di permukaan tanah apabila jumlah air hujan lebih
besar daripada kemampuan tanah untuk menginfiltrasi air ke lapisan yang lebih
dalam. Dengan menurunnnya porositas tanah, karena sebagian pori-pori tertutup oleh
3 2 872 . 109503 589 . 326309 747 . 324214 459 . 107404
partikel tanah yang halus, maka laju infiltrasi akan semakin berkurang, akibatnya
aliran air di permukaan akan semakin bertambah banyak. Aliran air di permukaan
mempunyai akibat yang penting. Lebih banyak air yang mengalir di permukaan tanah
maka lebih banyak tanah yang terkikis dan terangkut banjir yang dilanjutkan terus ke
sungai untuk akhirnya diendapkan. Lebih lanjut tetesan air hujan ini dapat
menimbulkan pembentukan lapisan tanah keras pada lapisan permukaan. Akibatnya
dapat menyetop sama sekali laju infiltrasi sehingga aliran permukaan semakin
berlimpah. Dari uraian ini jelas bahwa pengaruh erosi ini dapat menimbulkan
kemerosotan kesuburan fisik dari tanah.
2.3.2. Pengaruh Sedimentasi
Erosi tidak hanya berpengaruh negatif pada lahan dimana terjadi erosi, tetapi
juga di daerah hilirnya dimana material sedimen diendapkan. Banyak
bangunan-bangunan sipil di daerah hilir akan terganggu, saluran-saluran, jalur navigasi air akan
mengalami pengedapan sedimen. Disamping itu kandungan sedimen yang tinggi pada
air sungai juga akan merugikan pada penyediaan air bersih yang bersumber dari air
permukaan, biaya pengelolaan akan menjadi lebih mahal. Salah satu keuntungan yang
dapat diperoleh dari pengendapan sedimen barangkali adalah penyuburan tanah jika
sumber sedimen berasal dari tanah yang subur.
2.4. Morfologi Sungai
Morfologi sungai adalah ilmu yang mempelajari sifat, jenis dan perilaku
sungai dengan semua aspek perubahannya dalam dimensi ruang dan waktu. Gejala
1. Keadaan daerah aliran sungai, yang meliputi unsur topografi, vegetasi, geologi
tanah dan penggunaan tanah yang berpengaruh terhadap koefisien rembesan
pengaliran, sifat curah hujan serta keadaan hidrologi.
2. Hidrologi di palung sungai.
3. Material dasar saluran, tebing serta berubahnya alur aliran.
4. Aktivitas manusia diantaranya:
• Dibangunnya prasarana air.
• Pengambilan material dasar sungai, tebing sungai dan bantaran sungai.
• Pembuangan material dan sampah ke sungai.
2.5. Geometri dan Geoteknik Sungai
Bentuk sungai dapat dibedakan berdasarkan:
1. Topografi sungai meliputi bagian hulu dan hilir sungai dan sungai transisi.
Parameter yang menentukan adalah kemiringan dasar saluran, yang
dipengaruhi oleh jenis butiran material dasar dan kekasaran dasar sungai.
2. Lapisan dasar sungai yang meliputi:
a. Sungai dengan dasar yang mudah tergerus.
b. Sungai dengan dasar yang tidak mudah tergerus.
c. Sungai dengan dasar yang mudah tergerus tetapi terlindung oleh
material sungai lain yang mudah bergerak.
d. Sungai dengan lapisan dasar mudah tergerus dan diatasnya terdiri dari
perpaduan antara material itu sendiri dengan muatan dasar lepas.
e. Sungai dengan dasar saluran terdiri dari lapisan alluvial tergerus
3. Jenis sungai dengan dasar batuan gelinding, berpasir, berlempung dan
lain-lainnya.
4. Kemiringan dasar saluran yang meliputi sungai dengan kemiringan curam,
landai dan bertangga.
5. Bentuk melintang sungai.
6. Pembentukan dasar sungai.
7. Jenis angkutan sedimen dan angkutan materialnya.
8. Pola aliran sungai yang meliputi:
a. Dendritik
Pola ini terjadi pada daerah berbatuan sejenis dengan penyebaran yang
luas. Misalnya suatu daerah yang ditutupi oleh endapan sedimen yang
meliputi daerah yang luas dan yang umumnya endapan itu terletak pada
suatu bidang horizontal.
b. Radial
Biasanya pola radial dijumpai pada lereng gunung api daerah topografi
berbentuk kubah.
c. Rektangular
Terdapat di daerah yang batuannya mengalami retakan-retakan.
Misalnya batuan jenis limestone.
9. Tinjauan daerah aliran sungai yang meliputi :
Terjadi bukan karena alam tetapi dikarenakan oleh perbaikan aliran
sungai olah manusia dan disengaja dibuat lurus.
b. Sungai berliku
Terjadi secara alamiah, sangat sering ditemui dan mempunyai ciri dengan
arus yang berupa kurva yang dihubungkan dengan bagian alur sungai
yang lurus.
c. Sungai berjalin
Terjadi karena fenomena sungai, sungai ini terdiri dari alur yang
dipisahkan oleh pulau ataupun tebing kemudian bersatu kembali di bagian
hilirnya.
Topografi sungai termasuk diantaranya adalah kemiringan dasar sungai, alur
sungai, geometri permukaan, daya erosi sungai, dan kesemuanya berpengaruh
terhadap laju debit sungai dan angkutan sedimen, hal ini dapat merubah bentuk alur
sungai dan kemiringan dasar sungai. Geometri permukaan rnempengaruhi alur sungai,
BAB III
METODOLOGI DAN DESKRIPSI LOKASI PENELITIAN
3.1. Metodologi Penelitian
Ruang lingkup analisa tugas akhir yang dilakukan, meliputi:
Melakukan survei kelapangan untuk mengambil sampel sedimen yang
dibutuhkan.
Melakukan pengambilan data curah hujan ke Badan Meteorologi dan
Klimatologi Stasiun Maritim Belawan.
Perhitungan kemiringan dasar sungai.
Perhitungan kedalaman sungai.
Perhitungan angkutan sedimen.
Perhitungan muatan sedimen yang dihasilkan.
Membandingkan data sedimen hasil perhitungan dengan data erosi dari hasil
perhitungan yang didapat.
Untuk lebih jelasnya terdapat pada diagram alur pada Gambar 3.1. berikut:
Gambar 3.1: Diagram Alur Penelitian
3.1.1. Metode Pelaksanaan
a. Mengadakan survei/penelitian langsung di lapangan dan pengambilan sampel
sedimen dari kapal keruk milik PT Pengerukan Indonesia (Persero) dengan
menggunakan alat Van Veen Grab.
b. Menghitung kemiringan dasar sungai berdasarkan pemampang memanjang dan
melintang yang didapat.
3.1.2. Pengambilan Sampel Sedimen di Lapangan
Pengambilan sampel sedimen dari kapal keruk milik PT Pengerukan
Indonesia (Persero) berlokasi PT Pelabuhan Indonesia I (Persero) Cabang Belawan.
Pengambilan sampel dilakukan sebanyak 3 kali pengerukan yang berada di 3 titik
lokasi yaitu pada lokasi dermaga PT Pengerukan Indonesia, Dermaga Ujung Baru dan
Dermaga Intalasi Kimia Dasar. Pengambilan sampel dilakukan dengan menggunakan
alat Bottom Grab, atau yang biasa disebut dengan Van Veen Grab milik PT
Pengerukan Indonesia (Persero).
Perinsip alat tersebut adalah apabila alat ini diturunkan sampai dasar sungai
maka, alat keruk sampel (grab) kedua-duanya akan terbuka kemudian kabel
penggantung dikendurkan dan sambil alat ini diangkat alat keruk sampel ini tertutup.
Alat ini juga dapat dioperasikan secara manual dengan menggunakan berbagai alat
penggantung, akan tetapi alat ini mempunyai kelemahan apabila material dasarnya
Alat Van Ven Grab terdiri dari 2 (dua) jenis. Pertama adalah ukuran kecil
dengan berat 2,4 kg yang dapat memuat sampel sebanyak 0,5 dm3. Yang kedua adalah
ukuran medium dengan berat 5,25 kg dan ukuran ekstra medium dengan berat 11 kg
yang dapat memuat sampel sebanyak 2 dm3. Untuk pelaksanaan tugas akhir ini
digunakan alat Van Veen Grab dengan ukuran kecil. Sampel yang telah diambil
langsung dibawa dan diuji di laboraturium untuk mendapatkan data-data yang
diperlukan.
3.1.3. Perhitungan Kemiringan Dasar Sungai
Rumus yang dipakai dalam menghitung kemiringan dasar sungai adalah :
x H S
∆ ∆
= (3.1)
Di mana, S = kemiringan dasar sungai, ∆H = beda tinggi, dan ∆X = jarak
memanjang.
3.1.4. Perhitungan Transportasi Sedimen
Perhitungan transportasi sedimen dengan menggunakan metode sebagai
berikut:
a. Metode Yang’s
b. Metode Engelund and Hansen
c. Metode Shen and Hungs
A. Metode Yang’s
Dalam metode Yang’s diperlukan data-data sebagai berikut:
Ukuran diameter sedimen (d50)
Kedalaman sungai (D)
Lebar dasar sungai (W)
Debit sungai (Q)
Massa jenis sedimen (γs)
Massa jenis air (γ)
Gravitasi (g)
Kecepatan jatuh (ω)
Langkah langkah perhitungan yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Menghitung luas penampang (A) pada Persamaan 3.3.
(3.2)
[image:50.595.206.412.429.506.2]Dengan asumsi penampang sungai seperti pada Gambar 3.2 berikut:
Gambar 3.2: Penampang Sungai
2. Menghitung kecepatan rata-rata (V) pada Persamaan 2.8.
(3.3)
3. Menghitung keliling basah (P) pada Persamaan 3.5.
(3.4)
4. Menghitung jari-jari hidrolik (R) pada Persamaan 3.6.
(3.5)
5. Menghitung kecepatan geser (U*) pada Persamaan 2.8.
2
2 D
D W
A= ⋅ + ⋅
A Q V =
D W
P= +2 5⋅
(3.6)
6. Menghitung nilai bilangan Reynold (Re) pada Persamaan 3.8.
(3.7)
7. Menghitung harga parameter kecepatan kritis (Vcr) pada Persamaan 2.8.
(3.8)
8. Menghitung konsentrasi sedimen total (Ct) pada Persamaan 2.10.
(3.9)
9. Menghitung volume berat air (Gw) pada Persamaan 3.11.
(3.10)
10.Menghitung muatan sedimen (Qs)
(3.11)
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat dalam Gambar 3.3. berikut:
(
)
0.5* g R S U = ⋅ ⋅
v d U* 50
Re= ⋅
66 . 0 06 . 0 Re log 5 . 2 + − = cr V − ⋅ − ⋅ ⋅ − + ⋅ − ⋅ ⋅ − = ω ω ω ω ω ω S V VS U v d U v d LogCt cr log log 314 . 0 log 409 . 0 799 . 1 log 457 . 0 log 286 . 0 435 . 5 * 50 * 50 V D W Gw =γ ⋅ ⋅ ⋅
w
s Ct G
Gambar 3.3: Bagan Langkah Penyelesaian Metode Yang’s B. Metode Engelund and Hansen
Dalam metode Engelund and Hansen diperlukan data-data sebagai berikut:
Ukuran diameter sedimen (d50)
Kemiringan dasar saluran (S)
Lebar dasar saluran (W)
Kedalaman sungai (D)
Debit sungai (Q)
Massa jenis sedimen (γs)
Massa jenis air (γ)
Langkah langkah perhitungan yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Menghitung luas penampang (A) pada Persamaan 3.13.
(3.12)
2. Menghitung kecepatan rata-rata (V) pada Persamaan 2.11.
(3.13)
2
2 D
D W
A= ⋅ + ⋅
3. Menghitung harga qs pada Persamaan 2.12.
(3.14)
dimana nilai tegangan geser (
τ
o) pada Persamaan 2.11.S D
o γ * *
τ = (3.15)
4. Menghitung muatan sedimen (Qs)
(3.16)
[image:53.595.166.461.433.715.2]Untuk lebih jelasnya dapat dilihat dalam Gambar 3.4. berikut:
Gambar 3.4: Bagan Langkah Penyelesaian Metode Engelund and Hansen
(
)
2 3 50 0 2 1 50 2 1 05 . 0 ⋅ − − ⋅ ⋅ = d g d V q s s ss γ γ
τ
γ γ γ
s
s W q
C. Metode Shen and Hungs
Dalam metode Shen and Hungs diperlukan data-data sebagai berikut:
Ukuran diametersedimen (d50)
Kemiringan dasar sungai (S)
Lebar dasar sungai (W)
Kedalaman sungai (D)
Debit sungai (Q)
Massa jenis sedimen (γs)
Massa jenis air (γ)
Gravitasi (g)
Langhah-langkah perhitungan yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Menghitung luas penampang (A) pada Persamaan 3.18.
(3.17)
2. Menghitung kecepatan rata-rata (V) pada Persamaan 2.16.
(3.18)
3. Menghitung konsentrasi sedimen total (Ct) pada Persamaan 2.15.
(3.19)
di mana pada Persamaan 2.13. (3.20)
4. Menghitung volume berat air (Gw) pada Persamaan 2.1.
(3.21)
5. Menghitung muatan sedimen (Qs)
(3.22)
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat dalam Gambar 3.5. berikut:
2
2 D
D W
A= ⋅ + ⋅
A Q V = 3 2 872 . 109503 589 . 326309 747 . 324214 459 . 107404
logCt =− + ⋅Y− ⋅Y + ⋅Y
0075 . 0 32 . 0 57 . 0 ⋅ = ω S V Y V D W Gw =γ⋅ ⋅ ⋅
w t
S C G
Gambar 3.5: Bagan Langkah Penyelesaian Metode Shen and Hungs 3.1.5. Perhitungan Erosi
Langkah langkah perhitungan erosi yang terjadi adalah sebagai berikut:
a. Analisa data curah hujan harian maksimum
Langkah ini mentabulasikan curah hujan maksimum yang terjadi pada tiap
bulannya untuk setiap stasiun pengamatan.
b. Analisa data curah hujan bulanan
Langkah ini mentabulasikan jumlah curah hujan yang terjadi pada setiap
bulannya untuk setiap stasiun pengamatan.
c. Analisa data jumlah hari hujan
Langkah ini mrntabulasikan jumlah haru hujan yang terjadi pada setiap
bulannya untuk setiap stasiun pengamatan.
d. Perhitungan erosivitas hujan (EI30) pada Persamaan 2.2.
. (3.23)
e. Perhitungan erodibilitas tanah (K) pada Persamaan 2.1.
526 . 0 max 474 . 0 211 . 1
30 6.119P N P
EI = b ⋅ − ⋅
(
)
(
)
(
)
. (3.24)
f. Perhitungan faktor panjang dan kemiringan lereng (LS) pada Persamaan 2.1.
(3.25)
g. Perhitungan faktor penutup menejemen tanaman (C) pada Persamaan 2.1.
. (3.26)
h. Perhitungan faktor konservasi praktis (P) pada Persamaan 2.1.
Berdasarkan tabel 2.5. maka nilai P untuk tiap kemiringan adalah:
Kemiringan 0 – 8% P = 0.50
Kemiringan 8 – 20 % P = 0.75
Kemiringan > 20% P = 0.90
i. Perhitungan jumlah erosi yang terjadi (Ea)
. (3.27)
(
0.006541 0.0456 0.065)
222 + ⋅ + ⋅
= L S S
LS
Z
(
)
(
1 2 3 4 5)
5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 l l l l l C l C l C l C l C l Cgab + + + + ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ + ⋅ = P C LS K R
Gambar 3.6: Bagan Langkah Penyelesaian Metode Erosi
3.2. Lokasi Penelitian
Daerah Aliran Sungai (DAS) Belawan terletak pada 98°29. 47.868. s/d 98° 42.
35.496. BT dan 03° 50. 23.676 s/d 03° 15. 24.036.LU. Daerah Aliran Sungai (DAS)
Belawan ini terdapat di jalur pengembangan Kota Medan dan Kabupaten Deli
Serdang, di sebelah Utara berbatasan dengan laut Selat Malaka, bagian Timur
berbatasan dengan Kabupaten Deli Serdang dan Kota Medan, pada bagian Selatan
berbatasan dengan Kabupaten Karo (Hulu DAS) dan pada bagian Barat berbatasan
dengan Kota Binjai dan Kabupaten Deli Serdang.
Daerah Aliran Sungai (DAS) Sungai Belawan memiliki luas total 39.200,73
Ha dengan rincian seluas 35.157,19 Ha berada diwilayah Kabupaten Deliserdang dan
sisanya sebesar 4.043,57 Ha berada diwilayah Kota Medan. Sedangkan penggunaan
lahan disekitar Daerah Aliran Sungai (DAS) Belawan dapat dilihat pada Tabel 3.1.
[image:57.595.142.461.652.683.2]berikut:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Pemukiman
Hutan
Mangrove
Perkebunan
Pertanian
Sawah
Rawa
Tambak
Lahan Terbuka
PLTU
11.299,75
975,44
1.887,14
2.658,65
14.100,22
3.862,98
1.071,17
2.328,77
1.620,54
39,98
Sumber: Sumatera Utara Dalam Angka 2007 (01-9-2007) BPS Provinsi Sumatera Utara
3.2.1. Kondisi Topografi dan Bethimetri 3.2.1.1. Kondisi Topografi
Muara Sungai Belawan terletak di wilayah kerja Pelabuhan Belawan yang
memiliki aktifitas kepelabuhanan yang sangat padat. Pelabuhan Belawan terletak di
03o 47’ Lintang Utara dan 98o 42’ Bujur Timur pada semenanjung yang dibatasi oleh
Sungai Belawan di bagian Utara dan Sungai Deli di bagian Selatan. Kondisi topografi
di semenanjung adalah daratan pantai alluvial landai dengan lebar 40 km yang
meninggi ke arah dataran tinggi dengan kemiringan 0-2%.
Daerah perairan disekitar Pelabuhan Belawan terdiri dari hutan mangrove
dengan jenis tanah lumpur mencapai 3.5 km kearah lepas pantai. Setelah itu kondisi
kemiringan pantai mencapai 1:500 hingga kedalaman -20 km.
3.2.1.3. Kondisi Geoteknik
Berdasarkan studi yang telah dilakukan terdahulu tipikal lapisan tanah yang
diperoleh dari penelitian didapat pada lapisan pertama sampai kedalaman -18 cm
didapat jenis tanahnya adalah lempung organik, pada kedalaman -22 cm terdapat
lapisan tanah pasir, dan untuk lebih lengapnya dapat dilihat pada gambar 3.6. berikut:
Sumber: Lembaga Penelitian dan Pemberdayaan Masyarakat ITB (2003).
Gambar 3.7: Borlog Tanah di Pelabuhan Belawan
3.2.1.4. Temperatur dan Kelembapan
Berdasarkan data dari Badan Meteorologi Klimatologi dan Geofisika stasiun
Belawan suhu udara harian di Belawan berkisar antara 22o C - 33o C, tetapi karena
pemanasan global yang terjadi saat ini tidak jarang suhu di Belawan dapat naik
hingga mencapai 36o C dengan kelembapan sangat tinggi yakni hingga mencapai
rata-rata 82%.
3.2.1.5. Angin
Angin yang terdapat di Belawan mendominasi adalah angin muson timur laut
yang bertiup sepanjang Bulan November hingga Bulan Maret. Sedangkan angin
muson Barat Daya bertiup berkisar Bulan Juni hingga Bulan September dengan
kekuatan rata-rata di selat malaka 10 knots. Persentase kejadian angin dominan adalah
angin arah Timur Laut yaitu sebesar 33.33% dari total kejadian berangin.
Nilai rata-rata hujan bulanan di Medan untuk periode ulang 25 tahun
bervariasi antara 100 – 160 mm/bulan. Dari data tersebut diketahui pula bahwa
rata-rata curah hujan bulanan lebih tinggi diantara Bulan September hingga Bulan
Desember. Biasanya semakin tinggi curah hujan yang terjadi maka semakin besar
pula sedimentasi yang terjadi, hal ini disebabkan oleh tingginya erosi tanah yang
terjadi.
3.2.1.7. Pasang Surut
Pasang surut yang terjadi di Pelabuhan Belawan termasuk pasang surut tipe
diurnal. Elevasi muka air acuan di daerah Belawan berdasarkan literatur seperti
[image:61.595.92.503.568.769.2]terlihat pada Tabel 3.2 berikut:
Tabel 3.2: Data Permukaan Air
URAIAN NOTASI UKURAN
Highest High Water Springs HHWS + 2.9 m
Mean High Water Springs MHWS + 2.4 m
Mean High Water Neaps MHWN + 1.8 m
Mean Sea Level MSL + 1.5 m
Mean Low Water Neaps MLWN + 1.2 m
Low Water Springs LWS + 0.0 m
Lowest Loe Water Springs LLWS -0.1 m
Sumber: Divisi Playanan Kapal dan Barang Pelabuhan Belawan (2011)
3.2.1.8. Gelombang
Gelombang dibentuk oleh angin karena adanya proses pengalihan energi dari
angin ke badan laut melalui permukaannya. Karena sifat air yang tidak dapat
menyerap energi, maka energi ini diubah kedalam bentuk gelombang yang kemudian
dibawa ke pantai. Di pantai energi ini dilepaskan dengan pecahnya gelombang.
Gelombang yang dibangkitkan dengan angin adalah sumber yang utama dalam
pemasukan energi kearah pesisir dan merupakan penyebab utama dalam proses
perubahan bentuk garis pantai.
Gelombang yang terjadi disepanjang garis pantai Belawan berasal dari
gelomba
